En un metal, ¿por qué los electrones libres no caen al fondo del metal debido a la gravedad?
Además, se supone que las cargas en un conductor residen en la superficie, entonces, ¿por qué no van todos los electrones libres a la superficie?
Con respecto a la primera pregunta, mi corazonada es que se debe a que la fuerza eléctrica es mayor que la fuerza gravitacional y la fuerza eléctrica actúa a lo largo del conductor.
No tengo ninguna intuición para el segundo.
Tu intuición para el primero es correcta; las cargas adicionales se mantienen en la superficie por la fuerza electrostática, que es muchos órdenes de magnitud más fuerte que la fuerza gravitacional.
El segundo (y parte del primero): estás confundiendo electrones libres con electrones "extra".
En un conductor, los electrones de mayor energía no están unidos a ningún átomo, sino que flotan. En cualquier momento, contribuyen significativamente a neutralizar el campo de otros 5-8 núcleos (que están rodeados por menos electrones).
Si todos los electrones libres cayeran, entonces los núcleos cargados positivamente en la parte superior tendrían menos electrones a su alrededor, lo que daría lugar a un fuerte campo eléctrico y un aumento en la energía potencial del sistema (que nunca sucederá por sí solo). Básicamente, si un electrón libre sale de la región en la que se encuentra, otro debe venir y reemplazarlo ingresando al área general para equilibrar las fuerzas. Si no lo hace, se creará un agujero , que se moverá hasta que se neutralice.
Lo mismo ocurre con el movimiento de todas las cargas a una superficie. Cuando se trata de un conductor, solo las cargas "extra" deben estar en la superficie. El cuerpo del conductor debe permanecer eléctricamente neutro, y esto no puede suceder si los electrones libres se mueven hacia la superficie.
Tienes razón en que la fuerza electromagnética es mucho más fuerte que la gravedad. Para una partícula como un electrón, la fuerza eléctrica es alrededor veces más fuerte (un simple cálculo lo muestra) que la fuerza gravitacional entre dos electrones. La variación se debe simplemente a la diferencia en sus constantes y en la masa y carga de los electrones. Aún así, esto no significa que los electrones no curven el espacio-tiempo. El efecto es demasiado insignificante para medirlo.
Con respecto a su segunda pregunta, un conductor no necesariamente tiene cargas excesivas en su superficie a menos que usted realice la "carga". Incluso si hay algunas cargas estáticas, no afecta significativamente a los electrones libres. Porque la diferencia de potencial que los impulsa es más fuerte que la atracción electrostática entre un par de electrones.
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